張力 深層攪拌樁加固軟土地基施工技術(shù)

1、深層攪拌樁加固軟土地基施工技術(shù)摘要 介紹在黃河沖洪積平原區(qū)采用深層攪拌樁加固軟土地基的施工方法，并詳細(xì)闡述了該方法的加固機(jī)理，施工工藝及質(zhì)量檢測(cè)、控制措施。關(guān)鍵詞 攪拌樁 軟土 地基加固 施工1、概述1.1 工程概況北京至珠海國(guó)道主干線(xiàn)新鄉(xiāng)至鄭州段高速公路第九合同段起訖樁號(hào)K55+700K61+500，全長(zhǎng)5.8公里，沿線(xiàn)分布著廣泛的稻田區(qū)，上部淺層地基土皆為第四系全新統(tǒng)黃河沖、洪積層及新近沉積土，以低液限粘土為主，呈互層狀結(jié)構(gòu)，工程性質(zhì)較差，地基土容許承載力在90110Kpa范圍內(nèi)。1.2 主要工程地質(zhì)問(wèn)題1.2.1 地基土液化該段地震基本烈度為VII度，淺層地下水位埋深0.902.3m，地

2、基土多為飽和粉細(xì)砂及中細(xì)砂，易液化。1.2.2 軟弱地基土路線(xiàn)經(jīng)過(guò)區(qū)位于黃河沖洪積平原區(qū)，上部土層以低液限粘土、低液限粉土及粉細(xì)砂為主，粘性土一般為軟塑-流塑狀，粉細(xì)砂為松散中密狀，局部夾灰色、灰黑色淤泥質(zhì)土，含有機(jī)質(zhì)；其含水量高，強(qiáng)度低、壓縮性高，為軟弱土，易使路基產(chǎn)生過(guò)大變形及沉降。軟弱土層厚度在3.016.0m之間。1.3 處治設(shè)計(jì)方案針對(duì)管段內(nèi)工程地質(zhì)條件，液化土層和軟弱土層都較厚、較深，地下水位較淺，路基填土高度等具體情況，對(duì)于軟土深厚的高填方路段或施工期間不穩(wěn)定地段及橋（涵）頭過(guò)渡段均采用深層攪拌樁進(jìn)行處治，全線(xiàn)深層攪拌樁總計(jì)46800余根，41萬(wàn)余延米。2、加固機(jī)理粉體噴射攪拌法

3、是利用水泥、石灰等粉體材料作固化劑，通過(guò)特殊的攪拌鉆機(jī)，定時(shí)定量地從鉆頭的噴嘴噴出，就地將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使軟土結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)性和一定強(qiáng)度的水泥柱體而組成復(fù)合地基。粉噴法在軟土中能吸收較多的水分，特別適用于含水量高的淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土等，故該段采用粉噴法施工。3、施工方案3.1 施工機(jī)具根據(jù)加固深度及現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況，選擇使用DH-5A型粉噴樁機(jī)，鉆頭直徑500mm，能完成12m樁長(zhǎng)的機(jī)架，單軸并具有正向鉆進(jìn)反轉(zhuǎn)提升的功能，提升力大，并能實(shí)現(xiàn)勻速變速提升和鉆進(jìn)。該機(jī)包括鉆機(jī)、裝配有粉料計(jì)量電子裝置的粉體發(fā)送器，空氣壓縮機(jī)、鉆頭等。3

4、.2 固化材料控制固化劑材料為32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，嚴(yán)禁使用過(guò)期、受潮、結(jié)塊、變質(zhì)的劣質(zhì)水泥，對(duì)非免檢廠生產(chǎn)的水泥，應(yīng)分批提供有關(guān)標(biāo)號(hào)、安定性等試驗(yàn)報(bào)告。樁體水泥用量不小于50kg/m。3.3 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)樁徑不得小于50cm，樁長(zhǎng)不小于設(shè)計(jì)，不得出現(xiàn)斷樁，縮徑。攪拌樁樁身強(qiáng)度檢測(cè)在距樁中心1/4孔徑處鉆孔取樣，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，鉆孔直徑不小于108mm，制成的50mm邊長(zhǎng)的立方試塊，90天齡期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不低于1600Kpa。4、施工工藝4.1 工藝試樁不同地區(qū)具有不同的地質(zhì)條件，為了克服盲目性，確保攪拌樁加固地基達(dá)到預(yù)期效果，在工程樁施工前必須進(jìn)行工藝性試樁，以掌握該場(chǎng)地的成樁經(jīng)驗(yàn)及各種

5、操作技術(shù)參數(shù)。4.1.1 滿(mǎn)足設(shè)計(jì)噴入量的各種技術(shù)參數(shù)確定鉆進(jìn)速度為1.27m/min，提升速度為0.50m/min，攪拌速度為0.68m/min，噴氣壓力0.20.4MPa等。4.1.2 確定攪拌的均勻性。4.1.3 根據(jù)地層、地質(zhì)情況確定復(fù)攪長(zhǎng)度。本段地基土天然含水量大于液限值，樁間土承載力很低，為提高復(fù)合地基承載力，確定采用全樁長(zhǎng)重復(fù)攪拌。 4.2 工藝流程攪拌樁施工工藝流程見(jiàn)下圖。攪拌樁施工工藝流程圖放線(xiàn)定位鉆孔對(duì)位鉆 進(jìn)設(shè)計(jì)加固深度成 樁設(shè)計(jì)樁頂復(fù) 攪移 位放線(xiàn)定位鉆孔對(duì)位噴粉攪拌提升停止噴粉4.2.1 平整場(chǎng)地水田地段，清除地表30cm厚種植土，碾壓三遍后填筑細(xì)粒土，其頂

6、面作成三角形，其寬度不小于設(shè)計(jì)寬度；旱田地表，清除地表植物根系，碾壓三遍后填筑細(xì)粒土，其頂面作出三角形（同前）。4.2.2 放樣定位樁徑500mm，樁距1.4m或1.6m，正方形進(jìn)行布置，用全站儀采用極坐標(biāo)法定出左、中、右控制樁，然后用鋼尺按設(shè)計(jì)樁距定出各樁中心，中心點(diǎn)位偏差不大于10mm。4.2.3 鉆孔對(duì)位移動(dòng)鉆機(jī)，準(zhǔn)確對(duì)孔，對(duì)孔誤差不得大于50mm，利用支腿油缸調(diào)平鉆機(jī)，鉆機(jī)主軸垂直度誤差應(yīng)不大于1%。4.2.4 鉆進(jìn)啟動(dòng)主電動(dòng)機(jī)，根據(jù)施工要求，以I、II、III檔逐級(jí)加速的順序，正轉(zhuǎn)預(yù)攪下沉。鉆至接近設(shè)計(jì)深度時(shí)，應(yīng)用低速慢鉆，鉆機(jī)應(yīng)原位鉆動(dòng)1-2min，為保持鉆桿中間的送風(fēng)通道的干燥，

7、從預(yù)攪下沉開(kāi)始直到噴粉為止，應(yīng)在鉆桿內(nèi)連續(xù)輸送壓縮空氣。4.2.5 提升噴粉攪拌在確認(rèn)加固料已噴至孔底時(shí)，按0.5m/min的速度反轉(zhuǎn)提升，當(dāng)提升到設(shè)計(jì)?；覙?biāo)高后，應(yīng)慢速原地?cái)嚢?-2min。4.2.6 重復(fù)攪拌為保證粉體攪拌均勻，須再次將攪拌頭下沉到設(shè)計(jì)深度。提升攪拌時(shí)，其速度控制在0.60.8m/min之間。4.2.7 停鉆為防止空氣污染，在提升噴灰距地面0.5m時(shí)，應(yīng)減壓，距地面0.2m時(shí)應(yīng)停止噴粉。在施工中，孔口應(yīng)設(shè)噴灰防護(hù)裝置。4.2.8 移位鉆具提升至地面后，鉆機(jī)移位對(duì)孔，按上述步驟進(jìn)行下一根樁的施工。4.2.9 表層處治樁施工完畢后，平整場(chǎng)地，表面壓實(shí)至規(guī)定的壓實(shí)度，并清理表面硬

8、凸出物，鋪設(shè)土工格柵，鋪設(shè)時(shí)應(yīng)拉直平順，緊貼下承層，土工格柵強(qiáng)度最大方向應(yīng)與路線(xiàn)方向垂直，在路堤每邊各預(yù)留足夠的錨固長(zhǎng)度；然后上鋪30cm厚碎石墊層，碎石攤鋪采用輕型推土機(jī)或前置式裝載機(jī)，對(duì)于攤鋪不到的邊角部分，人工配合平整，用輕型壓路機(jī)分層壓實(shí)；碎石墊層攤鋪平整、碾壓密實(shí)并經(jīng)檢驗(yàn)合格后，上鋪一層土工布，其施工方法與土工格柵相同，接縫搭接采用移動(dòng)式縫合機(jī)對(duì)面縫縫接，接縫寬度不小于30cm。所用土工格柵為抗老化玻璃纖維土工格柵，外涂PVC，設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度大于30KN/m，對(duì)應(yīng)的應(yīng)變小于6%；碎石采用粒徑為2-5cm級(jí)配的未風(fēng)化碎石，含泥量小于5%；土工布采用經(jīng)緯同強(qiáng)的編織型土工布，抗拉強(qiáng)度大于30

9、KN/m，對(duì)應(yīng)的應(yīng)變小于10%，CBR頂破強(qiáng)度大于4500N。5、質(zhì)量控制措施5.1 攪拌樁施工應(yīng)根據(jù)成樁試驗(yàn)確定的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行；操作人員應(yīng)隨時(shí)記錄壓力、噴粉量、鉆進(jìn)速度、提升速度等有關(guān)參數(shù)的變化。5.2 應(yīng)控制鉆機(jī)下鉆深度，噴粉高程及停灰面，不得中斷噴粉，確保樁體長(zhǎng)度；嚴(yán)禁在尚未噴粉的情況下，進(jìn)行鉆桿提升作業(yè)。5.3 必須要有有效的電腦自動(dòng)記錄儀，正確記錄各種參數(shù)并自動(dòng)打印輸出：樁長(zhǎng)、日期、始打和結(jié)束時(shí)間、設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)、實(shí)際樁深、每延米的粉噴量及累計(jì)數(shù)量、攪拌深度等，確保攪拌樁的質(zhì)量。5.4 施工中，發(fā)現(xiàn)噴粉量不足，應(yīng)整樁復(fù)打，復(fù)打的噴粉量應(yīng)不小于設(shè)計(jì)用量。如遇停電、機(jī)械故障等原因，噴粉中斷時(shí)，

10、必須復(fù)打，復(fù)打重疊長(zhǎng)度不得小于1m。5.5 定時(shí)檢查攪拌樁的成樁直徑及攪拌均勻程度，對(duì)使用的鉆頭定期復(fù)核檢查，其直徑磨耗不得大于10mm。5.6 儲(chǔ)灰罐容量應(yīng)不小于一根樁的用灰量加50kg；當(dāng)儲(chǔ)量不足時(shí)，不得對(duì)下一根樁施工。6、施工質(zhì)量檢驗(yàn)本工程主要解決的問(wèn)題是消除地基土的液化，提高軟弱土地基承載力，減少路堤變形沉降，針對(duì)本地區(qū)土性以及地基處治方法，決定采用靜載荷試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、面波和鉆探取樣相結(jié)合的綜合檢測(cè)方案。檢測(cè)時(shí)間為施工完28天。6.1 樁身質(zhì)量檢測(cè)采用鉆探取芯和標(biāo)貫試驗(yàn)判斷樁身質(zhì)量，檢查頻率為總樁數(shù)的1%；分上段和下段，上段（約5.0m長(zhǎng)）為膠結(jié)段，以取芯和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為準(zhǔn)，樁

11、身強(qiáng)度檢測(cè)在距樁中心1/4孔徑處鉆孔取樣，鉆孔直徑不小于108mm，制成的50mm邊長(zhǎng)的立方試塊90天齡期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不低于1600Kpa，根據(jù)試樁成果，28天強(qiáng)度按90天強(qiáng)度的75%折算。下段以標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)為準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是利用一定的錘擊動(dòng)能（錘重63.5±0.5kg，落距76±2cm），將一定規(guī)格的對(duì)開(kāi)管式的貫入器打入鉆孔，根據(jù)打入的貫入阻抗來(lái)判別。鉆孔至規(guī)定位置，清孔后，予貫15cm，每10cm記一陣擊，記錄累計(jì)30cm的錘擊數(shù)N；當(dāng)擊數(shù)已達(dá)50擊而貫入深度未達(dá)到10cm時(shí)，記錄實(shí)際貫入深度終止試驗(yàn)。整根樁以鉆探取芯和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。6.2 瑞利波

12、檢測(cè)瑞利波檢測(cè)儀器選用E2404型綜合工程檢測(cè)儀，震源選用63.5kg大錘重錘錘擊激發(fā)，4.5Hz低頻檢波器接收信號(hào)，以評(píng)價(jià)地基處治的均勻性，判斷地基土的液化特性；按網(wǎng)格狀布置測(cè)線(xiàn)，橫向間距50m，縱向2條間距40m平行測(cè)線(xiàn)。6.3 靜載荷試驗(yàn)試驗(yàn)采用慢速維持荷載法進(jìn)行，試驗(yàn)加荷等級(jí)分為8-12個(gè)等級(jí)，總加荷量不應(yīng)少于設(shè)計(jì)要求值的2倍，每施加一級(jí)荷載，在加載前后應(yīng)各測(cè)讀承壓板沉降一次，以后每隔半小時(shí)測(cè)讀一次，當(dāng)一小時(shí)內(nèi)沉降增量小于0.1mm時(shí)即可施加下一級(jí)荷載。采用靜載荷試驗(yàn)主要檢測(cè)單樁、柱間土、復(fù)合地基承載力。載荷試驗(yàn)是最直接、最科學(xué)的評(píng)定地基土承載力的方法。7、幾點(diǎn)體會(huì)7.1 目前影響攪拌

13、樁質(zhì)量問(wèn)題的關(guān)鍵是粉體的計(jì)量。雖然目前有多種計(jì)量方法，如電子秤、氣固二相流量?jī)x等，但這些方法還存在一些缺點(diǎn)，需要進(jìn)一步研究解決。7.2 由于地質(zhì)條件千變?nèi)f化，軟土基底不可能象“鏡面”一般平整，設(shè)計(jì)中不可能把每根樁處的地質(zhì)情況都詳盡地勘察出來(lái)，攪拌樁實(shí)際施工樁長(zhǎng)應(yīng)由以下兩個(gè)方面進(jìn)行控制：一是根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)文件中地質(zhì)勘察孔或施工過(guò)程中的補(bǔ)斟孔，所勘察的深度；二是根據(jù)鉆機(jī)在鉆進(jìn)時(shí)電流的變化情況，一般情況下，當(dāng)鉆機(jī)以II檔，即0.8m/min鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆機(jī)電流表電流值達(dá)到75A以上時(shí)即可認(rèn)為達(dá)到了持力層。7.3 復(fù)攪長(zhǎng)度，根據(jù)試樁成果，復(fù)攪樁體水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度比未復(fù)攪拌樁體水泥土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度大23倍以上，可見(jiàn)復(fù)攪對(duì)提高水泥土均勻性，提高樁體強(qiáng)度是必不可少的，本段屬高含水量地區(qū)，樁間土承載力很低，為了提高復(fù)合地基承載力，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，故采用全樁長(zhǎng)復(fù)攪。7.4 地基土的含